JPH052622B2 - - Google Patents
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- JPH052622B2 JPH052622B2 JP59045659A JP4565984A JPH052622B2 JP H052622 B2 JPH052622 B2 JP H052622B2 JP 59045659 A JP59045659 A JP 59045659A JP 4565984 A JP4565984 A JP 4565984A JP H052622 B2 JPH052622 B2 JP H052622B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
産業上の利用分野
この発明は、強度や靱性等の機械的特性に優
れ、しかも、200〜1300℃の高温で使用しても強
度低下が小さく、内燃機関の副燃焼室、ターボチ
ヤージヤー、断熱用部品、ピストンキヤツプ、シ
リンダー、シリンダーライナー、プレート、エグ
ゾーストバルブヘツド等の構成材料として適し、
また、ガスタービンの動翼、静翼、燃焼器、ノー
ズコーン、シユラウド等の構成材料として適し、
さらに、ダイカストマシーンや射出成形機のシリ
ンダー、空気精紡用ノズル、伸線用ダイ、軸受、
メカニカルシール、化学工業用ポンプ、各種治工
具等の各種産業機械やその部品の構成材料として
適した部分安定化ジルコニア焼結体およびその製
造方法に関する。 従来の技術 部分安定化ジルコニア焼結体としては、たとえ
ば特開昭57−140375号公報に記載されているよう
なものが知られている。 この部分安定化ジルコニア焼結体は、ジルコニ
アに２〜７モル％の範囲のイツトリアを固溶させ
てなり、ジルコニアの結晶構造が主として立方晶
系と正方晶系からなり、かつ、立方晶系と正方晶
系の結晶構造をもつジルコニアが互いに独立して
混合相を形成しているものである。しかしなが
ら、かかる従来の焼結体は、上述したように立方
晶系と正方晶系の結晶構造をもつジルコニアが互
いに独立して混合相を形成しているので、機械的
特性、特に強度や靱性が低い。また、200〜400℃
の温度で長時間使用すると、やはり強度が低下し
てくる。その理由は必ずしも明らかでないが、混
合相をとると結晶粒径が大きくなりやすく、正方
晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が容易に起
こるためではないかと推定される。また、金属で
いう、いわゆる析出硬化や析出強化作用による機
械的特性の向上が期待できないことも影響してい
るものと考えられる。 発明が解決しようとする課題 この発明の目的は、従来の焼結体の上述した問
題点を解決し、強度や靱性等の機械的特性に優
れ、しかも、200〜1300℃もの高温で使用しても
強度低下の小さい部分安定化ジルコニア焼結体お
よびその製造方法を提供するにある。 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、立方
晶系の結晶構造をもつジルコニア（以下、立方晶
ジルコニアという）と、正方晶系の結晶構造をも
つジルコニア（以下、正方晶ジルコニアという）
とが共存しており、かつ、正方晶系の結晶構造を
もつジルコニアの量が30〜70モル％の範囲にある
ジルコニア焼結体であつて、その焼結体は、3.5
〜６モル％の範囲でイツトリアと0.1〜２重量％
の範囲のアルミナとを含み、かつ、上記正方晶ジ
ルコニアは上記立方晶ジルコニアの粒内に析出し
ていることを特徴とする部分安定化ジルコニア焼
結体を提供する。上記立方晶ジルコニアの粒内に
は、正方晶ジルコニアに加えて、さらに単斜晶系
の結晶構造をもつジルコニア（以下、単斜晶ジル
コニアという）が析出している場合もある。 また、この発明は、そのような焼結体を製造す
る方法として、3.5〜６モル％の範囲のイツトリ
アおよび0.1〜２重量％の範囲のアルミナを含む
ジルコニア粉末を用いて所望の形状の成形体を作
り、その成形体を1200〜1600℃の範囲の温度で焼
成した後、60〜500℃／時の範囲の速度で1000〜
1400℃の範囲の温度まで冷却し、その温度に所望
の時間保持した後、60〜500℃／時の範囲の速度
で室温まで冷却することを特徴とする部分安定化
ジルコニア焼結体の製造方法を提供する。もつと
も、成形体を焼成した後に60〜500℃／時の範囲
の速度で室温まで一旦冷却し、さらに60〜500
℃／時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲の温度
まで昇温し、その温度に所望の時間保持した後、
60〜500℃／時の範囲の速度で室温まで冷却する
ようにしてもよい。 次に、この発明の部分安定化ジルコニア焼結体
およびその製造方法を詳細に説明する。 この発明においては、まず、塩化ジルコニウム
溶液と塩化イツトリウム溶液とを所望の割合で混
合し、共沈法、金属アルコキシド法、ゾルーゲル
法、気相法等を用いて、粒径が0.2μm以下で、3.5
〜６モル％、好ましくは４〜５モル％の範囲のイ
ツトリアを含むジルコニア粉末を調整する。もつ
とも、硝酸ジルコニウム溶液と硝酸イツトリウム
溶液とを混合するようにしてもよく、ジルコニア
粉末とイツトリア粉末とを混合するようにしても
よい。 次に、上記粉末を800〜1000℃の範囲の温度で
仮焼した後、ボールミルで粉砕する。この粉砕に
際して、粒系0.2μm以下のアルミナ粉末を添加す
る。もつとも、上記混合溶液を調整する際に、そ
の溶液中にアルミニウム化合物の溶液を添加する
ようにしてもよく、上記混合粉末を調整する際に
アルミナ粉末を添加するようにしてもよい。これ
らアルミニウム化合物やアルミナ粉末の添加量
は、最終的に得られる部分安定化ジルコニア焼結
体中におけるアルミナの量が、0.1〜２重量％、
好ましくは0.2〜１重量％の範囲になるようにす
る。そして、必要に応じてかかる仮焼、粉砕を繰
り返し行い、原料粉末を得る。この原料粉末は、
ジルコニア粉末とイツトリア粉末とが均一に混ざ
り合つた固溶体を形成している。固溶体中におけ
るジルコニアの結晶構造は、使用したジルコニア
やイツトリアの純度、粒径、混合量、仮焼温度等
によつて異るが、通常、単斜晶系である。しかし
ながら、単斜晶ジルコニアに加えて正方晶およ
び／または立方晶ジルコニアが共存している場合
もある。 次に、上記原料粉末を、ラバープレス法、射出
成形法、金属成形法、押出成形法等の周知の成形
法を用いて所望の形状に成形する。すなわち、成
形体を作る。 次に、上記成形体を加熱炉に入れ、1200〜1600
℃の範囲まで徐々に昇温した後、その温度に数時
間保持して焼成する。かかる昇温の過程で、ジル
コニア結晶構造は、単斜晶系は、正方晶系か、立
方晶系か、正方晶系と立方晶系に変態する。ま
た、単斜晶および正方晶ジルコニアの共存状態
は、正方晶ジルコニアか、立方晶ジルコニアか、
正方晶および立方晶ジルコニアの共存状態に変わ
る。さらに、単斜晶および立方晶ジルコニアの共
存状態ならびに単斜晶、正方晶および立方晶ジル
コニアの共存状態は、正方晶および立方晶ジルコ
ニアの共存状態または立方晶ジルコニアに変わ
る。このような結晶構造の変態の温度および速度
は、イツトリアの量によつて異る。したがつて、
状態図を参照しながら、上記のような結晶構造を
とる焼成温度を決める。この焼成温度は、上述し
たように1200〜1600℃の範囲である。 次に、焼結体を上記焼成温度から60〜500℃／
時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲の温度まで
冷却し、その温度に５〜数千時間保持して、いわ
ゆるエージングを行う。もつとも、エージング
は、焼結体を室温まで一旦冷却した後、上記速度
で再び1000〜1400℃の範囲の温度に昇温すること
によつて行つてもよい。このエージングは、立方
晶ジルコニアの粒内に微細な正方晶ジルコニアを
分散、析出させるために行うもので、あまりに低
温、短時間では正方晶ジルコニアの析出が不十分
になり、一方、高温で長時間行うと結晶粒が成長
し、粗大化するので、1000〜1200℃の範囲の比較
的低温で行う場合には保持時間を1000時間以上に
し、また、1250〜1400℃の範囲の比較的高温で行
う場合には1000時間以内にするようにする。 かくして、3.5〜6.0モル％の範囲のイツトリア
を含み、第３成分として0.1〜２重量％の範囲の
アルミナを含む部分安定化ジルコニア焼結体が得
られる。この焼結体においては、立方晶ジルコニ
アを、いわゆるマトリクスとして、その個々の結
晶粒内に微細な粒状、板状、ラス状、球状、楕円
状またはこれらが複雑に組み合わさつた幾何学的
モザイク状の正方晶ジルコニアが分散、析出して
いる。また、正方晶ジルコニアの一部が冷却中に
微細な単斜晶ジルコニアに変態する場合もある。
すなわち、立方晶ジルコニアの粒内に、微細な正
方晶ジルコニアに加えて微細な単斜晶ジルコニア
が析出している場合もある。さらに、立方晶ジル
コニアの粒界に、正方晶および単斜晶ジルコニア
が析出している場合もある。 立方晶ジルコニアの粒内に析出した正方晶ジル
コニアは、その界面に圧縮応力場や微細な亀裂を
生成させ、これが外部応力を緩和するように作用
して、部分安定化ジルコニア焼結体の機械的特
性、特に靱性や強度を向上させる。この正方晶ジ
ルコニアの大きさは、より優れた機械的特性をも
つ焼結体を得るうえで、100〜3000Åの範囲にあ
るのが好ましい。この範囲の大きさの正方晶ジル
コニアは、応力誘起変態による機械的特性の向上
効果を最も効果的に発現させる。 正方晶ジルコニアの量は、上述したように30〜
70モル％の範囲にある。すなわち、30モル％未満
では、部分安定化ジルコニア焼結体が外力を受け
た場合の正方晶系から単斜晶系への結晶構造の変
態が少なくなり、変態に必要なエネルギーが応力
を緩和するほど十分でなくなるので、焼結体の機
械的特性が低くなる。また、70モル％を越える
と、特に立方晶ジルコニアの量が少なくなりす
ぎ、焼結体を数百℃の高温で使用したときにマル
テンサイト変態による正方晶系から単斜晶系への
結晶構造の変態が起こるので、やはり機械的特性
が低くなる。 単斜晶ジルコニアは、部分安定化ジルコニア焼
結体の熱膨張計数を低くする。そのため、適量の
単斜晶ジルコニアの存在は焼結体の熱衝撃強度を
向上させるうえで好ましい。好ましい単斜晶ジル
コニアの量は、10モル％以下である。 上記において、正方晶および単斜晶ジルコニア
の量は次のようにして求める。 すなわち、正方晶ジルコニアの量は、部分安定
化ジルコニア焼結体をＸ線回析して得た、立方晶
ジルコニア400面、正方晶ジルコニア004面および
正方晶ジルコニア220面の回析強度（面積強度）
から次式によつて計算する。ただし、回析強度は
ローレンツ因子による補正後の値を使用する。 Ct＝（T004＋T220）×100／（C400＋T004＋T220） ただし、 Ct：正方晶ジルコニアの量（モル％） C400：立方晶ジルコニア400面の回析強度 T004：正方晶ジルコニア004面の回析強度 T220：正方晶ジルコニア220面の回析強度 一方、単斜晶ジルコニアの量もまた、正方晶ジ
ルコニアの場合と同様に次式によつて求める。な
お、−はマイナスを表わす。 Cn＝M111-＋M111）×100／（T111＋M111-＋
M111） ただし、 Cn：単斜晶ジルコニアの量（モル％） T111：正方晶ジルコニア111面の回析強度 M111-：単斜晶ジルコニア111-面の回析強度 M111：単斜晶ジルコニア111面の回析強度 さて、この発明の部分安定化ジルコニア焼結体
は、上述したように0.1〜２重量％の範囲のアル
ミナを含んでいる。このアルミナの作用は必ずし
も明確ではないが、アルミナの立方晶ジルコニア
の粒内に析出する正方晶ジルコニアの量、大き
さ、形態などの制御を容易にし、もつて焼結体の
機械的特性を向上させるものと推定される。しか
しながら、その量が0.1重量％未満では微細な正
方晶ジルコニアを析出させる効果に乏しい。ま
た、２重量％を越えると、正方晶ジルコニアの析
出量が多くなりすぎて冷却過程における単斜晶ジ
ルコニアの量が多くなり、焼結体の機械的特性が
低下する。 また、部分安定化ジルコニア焼結体の平均結晶
粒径は、0.2〜3μm、好ましくは0.4〜1μmの範囲
にあるのがよい。すなわち、0.2μm未満では、正
方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が起こり
にくくなる。また、3μmを越えると、冷却過程で
正方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が起こ
りやすくなる。 実施例 実施例 １ 第１表に示す12種類の焼結体を製造するため、
純度が99.9％であるオキシ塩化ジルコニウム、塩
化イツトリウムおよび塩化アルミニウムを、第１
表の焼結体組成となるように調合して12種類の水
溶液を作つた。 次に、各水溶液を約200℃まで徐々に加熱して
水をとばし、さらに約100℃／時の速度で約1000
℃まで加熱し、その温度に数時間保持して12種類
の混合粉末を得た。 次に、各混合粉末をそれぞれボールミルで粉砕
し、乾燥した後、1000℃で数時間仮焼し、再び粉
砕した後バインダーとして１％ポリビニルアルコ
ールを加え、造粒し、12種類の原料粉末を得た。 次に、各原料粉末を金型成形機に入れ、12種類
の板状成形体を得た。 次に、12種類の成形体をそれぞれ第１表に示す
条件で焼結し、得られた焼結体の表面を研磨し
て、長さ34mm、幅４mm、厚み３mmの試験片得た。 上記12種類の試験片について、正方晶ジルコニ
アの量と、曲げ強度と、破壊靱性と、機械的特性
の安定性とを評価した。正方晶ジルコニアの量
は、上述したＸ線回析法によつて求めた。また、
曲げ強度はJIS R1601によつた。さらに、破壊靱
性はASTM E399によつた。機械的特性の安定性
は、各試験片を200℃で2000時間加熱した後の常
温曲げ強度で評価した。結果を第１表に示す。
れ、しかも、200〜1300℃の高温で使用しても強
度低下が小さく、内燃機関の副燃焼室、ターボチ
ヤージヤー、断熱用部品、ピストンキヤツプ、シ
リンダー、シリンダーライナー、プレート、エグ
ゾーストバルブヘツド等の構成材料として適し、
また、ガスタービンの動翼、静翼、燃焼器、ノー
ズコーン、シユラウド等の構成材料として適し、
さらに、ダイカストマシーンや射出成形機のシリ
ンダー、空気精紡用ノズル、伸線用ダイ、軸受、
メカニカルシール、化学工業用ポンプ、各種治工
具等の各種産業機械やその部品の構成材料として
適した部分安定化ジルコニア焼結体およびその製
造方法に関する。 従来の技術 部分安定化ジルコニア焼結体としては、たとえ
ば特開昭57−140375号公報に記載されているよう
なものが知られている。 この部分安定化ジルコニア焼結体は、ジルコニ
アに２〜７モル％の範囲のイツトリアを固溶させ
てなり、ジルコニアの結晶構造が主として立方晶
系と正方晶系からなり、かつ、立方晶系と正方晶
系の結晶構造をもつジルコニアが互いに独立して
混合相を形成しているものである。しかしなが
ら、かかる従来の焼結体は、上述したように立方
晶系と正方晶系の結晶構造をもつジルコニアが互
いに独立して混合相を形成しているので、機械的
特性、特に強度や靱性が低い。また、200〜400℃
の温度で長時間使用すると、やはり強度が低下し
てくる。その理由は必ずしも明らかでないが、混
合相をとると結晶粒径が大きくなりやすく、正方
晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が容易に起
こるためではないかと推定される。また、金属で
いう、いわゆる析出硬化や析出強化作用による機
械的特性の向上が期待できないことも影響してい
るものと考えられる。 発明が解決しようとする課題 この発明の目的は、従来の焼結体の上述した問
題点を解決し、強度や靱性等の機械的特性に優
れ、しかも、200〜1300℃もの高温で使用しても
強度低下の小さい部分安定化ジルコニア焼結体お
よびその製造方法を提供するにある。 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、立方
晶系の結晶構造をもつジルコニア（以下、立方晶
ジルコニアという）と、正方晶系の結晶構造をも
つジルコニア（以下、正方晶ジルコニアという）
とが共存しており、かつ、正方晶系の結晶構造を
もつジルコニアの量が30〜70モル％の範囲にある
ジルコニア焼結体であつて、その焼結体は、3.5
〜６モル％の範囲でイツトリアと0.1〜２重量％
の範囲のアルミナとを含み、かつ、上記正方晶ジ
ルコニアは上記立方晶ジルコニアの粒内に析出し
ていることを特徴とする部分安定化ジルコニア焼
結体を提供する。上記立方晶ジルコニアの粒内に
は、正方晶ジルコニアに加えて、さらに単斜晶系
の結晶構造をもつジルコニア（以下、単斜晶ジル
コニアという）が析出している場合もある。 また、この発明は、そのような焼結体を製造す
る方法として、3.5〜６モル％の範囲のイツトリ
アおよび0.1〜２重量％の範囲のアルミナを含む
ジルコニア粉末を用いて所望の形状の成形体を作
り、その成形体を1200〜1600℃の範囲の温度で焼
成した後、60〜500℃／時の範囲の速度で1000〜
1400℃の範囲の温度まで冷却し、その温度に所望
の時間保持した後、60〜500℃／時の範囲の速度
で室温まで冷却することを特徴とする部分安定化
ジルコニア焼結体の製造方法を提供する。もつと
も、成形体を焼成した後に60〜500℃／時の範囲
の速度で室温まで一旦冷却し、さらに60〜500
℃／時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲の温度
まで昇温し、その温度に所望の時間保持した後、
60〜500℃／時の範囲の速度で室温まで冷却する
ようにしてもよい。 次に、この発明の部分安定化ジルコニア焼結体
およびその製造方法を詳細に説明する。 この発明においては、まず、塩化ジルコニウム
溶液と塩化イツトリウム溶液とを所望の割合で混
合し、共沈法、金属アルコキシド法、ゾルーゲル
法、気相法等を用いて、粒径が0.2μm以下で、3.5
〜６モル％、好ましくは４〜５モル％の範囲のイ
ツトリアを含むジルコニア粉末を調整する。もつ
とも、硝酸ジルコニウム溶液と硝酸イツトリウム
溶液とを混合するようにしてもよく、ジルコニア
粉末とイツトリア粉末とを混合するようにしても
よい。 次に、上記粉末を800〜1000℃の範囲の温度で
仮焼した後、ボールミルで粉砕する。この粉砕に
際して、粒系0.2μm以下のアルミナ粉末を添加す
る。もつとも、上記混合溶液を調整する際に、そ
の溶液中にアルミニウム化合物の溶液を添加する
ようにしてもよく、上記混合粉末を調整する際に
アルミナ粉末を添加するようにしてもよい。これ
らアルミニウム化合物やアルミナ粉末の添加量
は、最終的に得られる部分安定化ジルコニア焼結
体中におけるアルミナの量が、0.1〜２重量％、
好ましくは0.2〜１重量％の範囲になるようにす
る。そして、必要に応じてかかる仮焼、粉砕を繰
り返し行い、原料粉末を得る。この原料粉末は、
ジルコニア粉末とイツトリア粉末とが均一に混ざ
り合つた固溶体を形成している。固溶体中におけ
るジルコニアの結晶構造は、使用したジルコニア
やイツトリアの純度、粒径、混合量、仮焼温度等
によつて異るが、通常、単斜晶系である。しかし
ながら、単斜晶ジルコニアに加えて正方晶およ
び／または立方晶ジルコニアが共存している場合
もある。 次に、上記原料粉末を、ラバープレス法、射出
成形法、金属成形法、押出成形法等の周知の成形
法を用いて所望の形状に成形する。すなわち、成
形体を作る。 次に、上記成形体を加熱炉に入れ、1200〜1600
℃の範囲まで徐々に昇温した後、その温度に数時
間保持して焼成する。かかる昇温の過程で、ジル
コニア結晶構造は、単斜晶系は、正方晶系か、立
方晶系か、正方晶系と立方晶系に変態する。ま
た、単斜晶および正方晶ジルコニアの共存状態
は、正方晶ジルコニアか、立方晶ジルコニアか、
正方晶および立方晶ジルコニアの共存状態に変わ
る。さらに、単斜晶および立方晶ジルコニアの共
存状態ならびに単斜晶、正方晶および立方晶ジル
コニアの共存状態は、正方晶および立方晶ジルコ
ニアの共存状態または立方晶ジルコニアに変わ
る。このような結晶構造の変態の温度および速度
は、イツトリアの量によつて異る。したがつて、
状態図を参照しながら、上記のような結晶構造を
とる焼成温度を決める。この焼成温度は、上述し
たように1200〜1600℃の範囲である。 次に、焼結体を上記焼成温度から60〜500℃／
時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲の温度まで
冷却し、その温度に５〜数千時間保持して、いわ
ゆるエージングを行う。もつとも、エージング
は、焼結体を室温まで一旦冷却した後、上記速度
で再び1000〜1400℃の範囲の温度に昇温すること
によつて行つてもよい。このエージングは、立方
晶ジルコニアの粒内に微細な正方晶ジルコニアを
分散、析出させるために行うもので、あまりに低
温、短時間では正方晶ジルコニアの析出が不十分
になり、一方、高温で長時間行うと結晶粒が成長
し、粗大化するので、1000〜1200℃の範囲の比較
的低温で行う場合には保持時間を1000時間以上に
し、また、1250〜1400℃の範囲の比較的高温で行
う場合には1000時間以内にするようにする。 かくして、3.5〜6.0モル％の範囲のイツトリア
を含み、第３成分として0.1〜２重量％の範囲の
アルミナを含む部分安定化ジルコニア焼結体が得
られる。この焼結体においては、立方晶ジルコニ
アを、いわゆるマトリクスとして、その個々の結
晶粒内に微細な粒状、板状、ラス状、球状、楕円
状またはこれらが複雑に組み合わさつた幾何学的
モザイク状の正方晶ジルコニアが分散、析出して
いる。また、正方晶ジルコニアの一部が冷却中に
微細な単斜晶ジルコニアに変態する場合もある。
すなわち、立方晶ジルコニアの粒内に、微細な正
方晶ジルコニアに加えて微細な単斜晶ジルコニア
が析出している場合もある。さらに、立方晶ジル
コニアの粒界に、正方晶および単斜晶ジルコニア
が析出している場合もある。 立方晶ジルコニアの粒内に析出した正方晶ジル
コニアは、その界面に圧縮応力場や微細な亀裂を
生成させ、これが外部応力を緩和するように作用
して、部分安定化ジルコニア焼結体の機械的特
性、特に靱性や強度を向上させる。この正方晶ジ
ルコニアの大きさは、より優れた機械的特性をも
つ焼結体を得るうえで、100〜3000Åの範囲にあ
るのが好ましい。この範囲の大きさの正方晶ジル
コニアは、応力誘起変態による機械的特性の向上
効果を最も効果的に発現させる。 正方晶ジルコニアの量は、上述したように30〜
70モル％の範囲にある。すなわち、30モル％未満
では、部分安定化ジルコニア焼結体が外力を受け
た場合の正方晶系から単斜晶系への結晶構造の変
態が少なくなり、変態に必要なエネルギーが応力
を緩和するほど十分でなくなるので、焼結体の機
械的特性が低くなる。また、70モル％を越える
と、特に立方晶ジルコニアの量が少なくなりす
ぎ、焼結体を数百℃の高温で使用したときにマル
テンサイト変態による正方晶系から単斜晶系への
結晶構造の変態が起こるので、やはり機械的特性
が低くなる。 単斜晶ジルコニアは、部分安定化ジルコニア焼
結体の熱膨張計数を低くする。そのため、適量の
単斜晶ジルコニアの存在は焼結体の熱衝撃強度を
向上させるうえで好ましい。好ましい単斜晶ジル
コニアの量は、10モル％以下である。 上記において、正方晶および単斜晶ジルコニア
の量は次のようにして求める。 すなわち、正方晶ジルコニアの量は、部分安定
化ジルコニア焼結体をＸ線回析して得た、立方晶
ジルコニア400面、正方晶ジルコニア004面および
正方晶ジルコニア220面の回析強度（面積強度）
から次式によつて計算する。ただし、回析強度は
ローレンツ因子による補正後の値を使用する。 Ct＝（T004＋T220）×100／（C400＋T004＋T220） ただし、 Ct：正方晶ジルコニアの量（モル％） C400：立方晶ジルコニア400面の回析強度 T004：正方晶ジルコニア004面の回析強度 T220：正方晶ジルコニア220面の回析強度 一方、単斜晶ジルコニアの量もまた、正方晶ジ
ルコニアの場合と同様に次式によつて求める。な
お、−はマイナスを表わす。 Cn＝M111-＋M111）×100／（T111＋M111-＋
M111） ただし、 Cn：単斜晶ジルコニアの量（モル％） T111：正方晶ジルコニア111面の回析強度 M111-：単斜晶ジルコニア111-面の回析強度 M111：単斜晶ジルコニア111面の回析強度 さて、この発明の部分安定化ジルコニア焼結体
は、上述したように0.1〜２重量％の範囲のアル
ミナを含んでいる。このアルミナの作用は必ずし
も明確ではないが、アルミナの立方晶ジルコニア
の粒内に析出する正方晶ジルコニアの量、大き
さ、形態などの制御を容易にし、もつて焼結体の
機械的特性を向上させるものと推定される。しか
しながら、その量が0.1重量％未満では微細な正
方晶ジルコニアを析出させる効果に乏しい。ま
た、２重量％を越えると、正方晶ジルコニアの析
出量が多くなりすぎて冷却過程における単斜晶ジ
ルコニアの量が多くなり、焼結体の機械的特性が
低下する。 また、部分安定化ジルコニア焼結体の平均結晶
粒径は、0.2〜3μm、好ましくは0.4〜1μmの範囲
にあるのがよい。すなわち、0.2μm未満では、正
方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が起こり
にくくなる。また、3μmを越えると、冷却過程で
正方晶系から単斜晶系への結晶構造の変態が起こ
りやすくなる。 実施例 実施例 １ 第１表に示す12種類の焼結体を製造するため、
純度が99.9％であるオキシ塩化ジルコニウム、塩
化イツトリウムおよび塩化アルミニウムを、第１
表の焼結体組成となるように調合して12種類の水
溶液を作つた。 次に、各水溶液を約200℃まで徐々に加熱して
水をとばし、さらに約100℃／時の速度で約1000
℃まで加熱し、その温度に数時間保持して12種類
の混合粉末を得た。 次に、各混合粉末をそれぞれボールミルで粉砕
し、乾燥した後、1000℃で数時間仮焼し、再び粉
砕した後バインダーとして１％ポリビニルアルコ
ールを加え、造粒し、12種類の原料粉末を得た。 次に、各原料粉末を金型成形機に入れ、12種類
の板状成形体を得た。 次に、12種類の成形体をそれぞれ第１表に示す
条件で焼結し、得られた焼結体の表面を研磨し
て、長さ34mm、幅４mm、厚み３mmの試験片得た。 上記12種類の試験片について、正方晶ジルコニ
アの量と、曲げ強度と、破壊靱性と、機械的特性
の安定性とを評価した。正方晶ジルコニアの量
は、上述したＸ線回析法によつて求めた。また、
曲げ強度はJIS R1601によつた。さらに、破壊靱
性はASTM E399によつた。機械的特性の安定性
は、各試験片を200℃で2000時間加熱した後の常
温曲げ強度で評価した。結果を第１表に示す。
【表】
【表】
第１表から、イツトリア、アルミナおよび正方
晶ジルコニアの量がこの発明の範囲内にあるNo.
２，３，４，７，８および９の試験片、すなわち
この発明の焼結体は、そうでないものにくらべて
強度や靱性に優れ、しかも、高温で使用したとき
の強度低下が小さいことがわかる。 第１図は、No.３の試験片の透過型電子顕微鏡写
真（倍率50000倍）であり、第２図は、上記第１
図のモデル図である。これらの図に代表的に示さ
れるように、No.２，３，４，７，８および９の試
験片においては、立方晶ジルコニア１の粒内に正
方晶ジルコニア２と単斜晶ジルコニア３とが析出
している。 実施例 ２ 実施例１と同様にして、しかし、焼結条件を変
えて、第２表に示す12種類の試験片を得た。これ
ら12種類の試験片について、実施例１と同様の評
価をした。結果を第２表に示す。
晶ジルコニアの量がこの発明の範囲内にあるNo.
２，３，４，７，８および９の試験片、すなわち
この発明の焼結体は、そうでないものにくらべて
強度や靱性に優れ、しかも、高温で使用したとき
の強度低下が小さいことがわかる。 第１図は、No.３の試験片の透過型電子顕微鏡写
真（倍率50000倍）であり、第２図は、上記第１
図のモデル図である。これらの図に代表的に示さ
れるように、No.２，３，４，７，８および９の試
験片においては、立方晶ジルコニア１の粒内に正
方晶ジルコニア２と単斜晶ジルコニア３とが析出
している。 実施例 ２ 実施例１と同様にして、しかし、焼結条件を変
えて、第２表に示す12種類の試験片を得た。これ
ら12種類の試験片について、実施例１と同様の評
価をした。結果を第２表に示す。
【表】
【表】
第２表において、イツトリア、アルミナおよび
正方晶ジルコニアの量がこの発明の範囲内にある
のはNo.２，３，４，７，８および９の試験片であ
る。実施例１の場合と同様、高い特性が得られて
いる。このように、エージングを焼成後の冷却過
程で行つても、一旦冷却した後に行うのと同様に
効果が得られる。 比較例 実施例１と同様にして、しかし、正方晶ジルコ
ニアが、立方晶ジルコニアの粒内に析出するので
はなく、混合相を形成するように焼結条件を変
え、第３表に示す３種類の試験片を得た。これら
３種類の試験片について、実施例１と同様の評価
をした。結果を第３表に示す。
正方晶ジルコニアの量がこの発明の範囲内にある
のはNo.２，３，４，７，８および９の試験片であ
る。実施例１の場合と同様、高い特性が得られて
いる。このように、エージングを焼成後の冷却過
程で行つても、一旦冷却した後に行うのと同様に
効果が得られる。 比較例 実施例１と同様にして、しかし、正方晶ジルコ
ニアが、立方晶ジルコニアの粒内に析出するので
はなく、混合相を形成するように焼結条件を変
え、第３表に示す３種類の試験片を得た。これら
３種類の試験片について、実施例１と同様の評価
をした。結果を第３表に示す。
【表】
第３表から、正方晶ジルコニアの量、イツトリ
アの量およびアルミナの量がたとえこの発明の範
囲内にあつても、混合相を形成しているものは、
強度や靱性がともに低く、しかも、高温で使用し
たときの強度低下が大きいことがわかる。 発明の効果 この発明は、立方晶ジルコニアと正方晶ジルコ
ニアとが共存しており、かつ、正方晶ジルコニア
の量が30〜70モル％の範囲にあるジルコニア焼結
体であつて、その焼結体は、3.5〜６モル％の範
囲でイツトリアと0.1〜２重量％の範囲のアルミ
ナとを含み、かつ、上記正方晶ジルコニアは上記
立方晶ジルコニアの粒内に析出している部分安定
化ジルコニア焼結体を、3.5〜６モル％の範囲の
イツトリアおよび0.1〜２重量％の範囲のアルミ
ナを含むジルコニア粉末を用いて所望の形状の成
形体を作り、その成形体を1200〜1600℃の範囲の
温度で焼成した後、60〜500℃／時の範囲の速度
で室温まで冷却するか、成形体を焼成した後に60
〜500℃／時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲
の温度まで冷却し、その温度に所望の時間保持し
た後、60〜500℃／時の範囲の速度で室温まで一
旦冷却し、さらに60〜500℃／時の範囲の速度で
1000〜1400℃の範囲の温度まで昇温し、その温度
に所望の時間保持した後、60〜500℃／時の範囲
の速度で室温まで冷却することによつて製造する
ものであり、実施例に示したように、また、実施
例と比較例との対比からも明らかなように、強度
や靱性等の機械的特性に優れ、しかも、高温で使
用しても強度低下が小さい部分安定化ジルコニア
焼結体を得ることができる。
アの量およびアルミナの量がたとえこの発明の範
囲内にあつても、混合相を形成しているものは、
強度や靱性がともに低く、しかも、高温で使用し
たときの強度低下が大きいことがわかる。 発明の効果 この発明は、立方晶ジルコニアと正方晶ジルコ
ニアとが共存しており、かつ、正方晶ジルコニア
の量が30〜70モル％の範囲にあるジルコニア焼結
体であつて、その焼結体は、3.5〜６モル％の範
囲でイツトリアと0.1〜２重量％の範囲のアルミ
ナとを含み、かつ、上記正方晶ジルコニアは上記
立方晶ジルコニアの粒内に析出している部分安定
化ジルコニア焼結体を、3.5〜６モル％の範囲の
イツトリアおよび0.1〜２重量％の範囲のアルミ
ナを含むジルコニア粉末を用いて所望の形状の成
形体を作り、その成形体を1200〜1600℃の範囲の
温度で焼成した後、60〜500℃／時の範囲の速度
で室温まで冷却するか、成形体を焼成した後に60
〜500℃／時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲
の温度まで冷却し、その温度に所望の時間保持し
た後、60〜500℃／時の範囲の速度で室温まで一
旦冷却し、さらに60〜500℃／時の範囲の速度で
1000〜1400℃の範囲の温度まで昇温し、その温度
に所望の時間保持した後、60〜500℃／時の範囲
の速度で室温まで冷却することによつて製造する
ものであり、実施例に示したように、また、実施
例と比較例との対比からも明らかなように、強度
や靱性等の機械的特性に優れ、しかも、高温で使
用しても強度低下が小さい部分安定化ジルコニア
焼結体を得ることができる。
第１図は、この発明の部分安定化ジルコニア焼
結体の結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真（倍
率：50000倍）、第２図は、上記第１図のモデル図
である。 １……立方晶系の結晶構造をもつジルコニア、
２……正方晶系の結晶構造をもつジルコニア、３
……単斜晶系の結晶構造をもつジルコニア。
結体の結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真（倍
率：50000倍）、第２図は、上記第１図のモデル図
である。 １……立方晶系の結晶構造をもつジルコニア、
２……正方晶系の結晶構造をもつジルコニア、３
……単斜晶系の結晶構造をもつジルコニア。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 立方晶系の結晶構造をもつジルコニアと、正
方晶系の結晶構造をもつジルコニアとが共存して
おり、かつ、正方晶系の結晶構造をもつジルコニ
アの量が30〜70モル％の範囲にあるジルコニア焼
結体であつて、その焼結体は、3.5〜６モル％の
範囲でイツトリアと0.1〜２重量％の範囲のアル
ミナとを含み、かつ、上記正方晶系の結晶構造を
もつジルコニアは上記立方晶系の結晶構造をもつ
ジルコニアの粒内に析出していることを特徴とす
る部分安定化ジルコニア焼結体。 ２ 3.5〜６モル％の範囲のイツトリアおよび0.1
〜２重量％の範囲のアルミナを含むジルコニア粉
末を用いて所望の形状の成形体を作り、その成形
体を1200〜1600℃の範囲の温度で焼成した後、60
〜500℃／時の範囲の速度で1000〜1400℃の範囲
の温度まで冷却し、その温度に所望の時間保持し
た後、60〜500℃／時の範囲の速度で室温まで冷
却することを特徴とする部分安定化ジルコニア焼
結体の製造方法。 ３ 3.5〜６モル％の範囲のイツトリアおよび0.1
〜２重量％の範囲のアルミナを含むジルコニア粉
末を用いて所望の形状の成形体を作り、その成形
体を1200〜1600℃の範囲の温度で焼成した後、60
〜500℃／時の範囲の速度で室温まで冷却し、さ
らに60〜500℃／時の範囲の速度で1000〜1400℃
の範囲の温度まで昇温し、その温度に所望の時間
保持した後、60〜500℃／時の範囲の速度で室温
まで冷却することを特徴とする部分安定化ジルコ
ニア焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59045659A JPS60191056A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 部分安定化ジルコニア焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59045659A JPS60191056A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 部分安定化ジルコニア焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60191056A JPS60191056A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH052622B2 true JPH052622B2 (ja) | 1993-01-12 |
Family
ID=12725502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59045659A Granted JPS60191056A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 部分安定化ジルコニア焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60191056A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006298711A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Toray Ind Inc | ＺｒＯ２質焼結体およびその製造方法、粉砕機用部材、粉砕機 |
| JP4952497B2 (ja) * | 2007-10-11 | 2012-06-13 | コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 | 現像装置 |
| JP6340879B2 (ja) * | 2013-04-10 | 2018-06-13 | 東ソー株式会社 | ジルコニア焼結体及びその製造方法 |
| JP6340880B2 (ja) * | 2014-04-01 | 2018-06-13 | 東ソー株式会社 | ジルコニア焼結体及びその製造法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5836976A (ja) * | 1981-08-25 | 1983-03-04 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靱性ジルコニア焼結体の製造方法 |
| JPS58156577A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-17 | 日本化学陶業株式会社 | 強度及び耐久性に優れたジルコニア焼結体 |
-
1984
- 1984-03-12 JP JP59045659A patent/JPS60191056A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5836976A (ja) * | 1981-08-25 | 1983-03-04 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靱性ジルコニア焼結体の製造方法 |
| JPS58156577A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-17 | 日本化学陶業株式会社 | 強度及び耐久性に優れたジルコニア焼結体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60191056A (ja) | 1985-09-28 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |